Anul VI 1998, nr. 1-2 57

ASPECTE PRIVIND MIŞCAREA PE ARBORII ÎN PICIOARE, A

AGREGATELOR DE ELAGAJ ARTIFICIAL CU AUTOTRACTARE (I)1

1.1 Aspecte generale1

Problema elagajului artificial a fost

şi este abordată sub multiple aspecte atât în lucrări fundamentale (Negulescu, 1973; Florescu, 1981), cât şi într-o serie de studii şi cercetări ale căror rezultate fac obiectul unor articole de revistă (Floricică, 1966; Gava, 1969; Niculescu, 1992, 1994). Lucrările menţionate aduc valoroase precizări şi contribuţii cu privire la scopul şi domeniul de aplicare, vârsta şi sezonul optim de executare a elagajului artificial, gradul de extindere asupra arborilor dintr-un anumit arboret, avantajele tehnologice şi economice obţinute prin efecuarea corectă a interventiei.

Referitor la problema mijloacelor tehnice cu care trebuie să se facă lucrările de elagaj artificial, se apreciază că lucrurile sunt clarificate doar parţial. Astfel, dacă în ceea ce priveşte arboretele tinere (cu diametrul de bază sub 14 cm) părerile converg către folosirea mijloacelor manuale, cu totul altfel trebuie privită problema în cazul arboretelor mature. În astfel de arborete, folosirea mijloacelor manuale devine ineficientă economic. La aceasta se pot adăuga, după consideraţiile noastre, şi unele riscuri tehnologice, precum şi altele de ordin fito-sanitar, care, de altfel sunt

1 Lucrarea este structurată în mai multe părţi: I - probleme generale; lI - mişcarea agregatului pe trunchi; III studiul forţelor în procesul de elagaj; IV - analiza factorilor de influenţă asupra consumului energetic.

Prof. dr. ing. Ilie Popescu Ing. Lucian Alexandru Curtu Ing. Sorin Cristian Popescu

Universitatea "Transilvania " Braşov

semnalate de unii specialişti în domeniu (Soutrenon, citat de Nicolescu & Nicolescu, 1992). Cele două categorii de riscuri sunt cauzate, în general, de imperfecţiunea suprafeţei tăiate (asperităţi mari, denivelări, aşchiere etc.) care îngreunează cicatrizarea şi favorizează totodată instalarea dăunătorilor biotici. Astfel de probleme sunt mai puţin frecvente în cazul elagajului executat cu ajutorul maşinilor. Aparatele de tăiere ale acestor maşini lucrează, în majoritatea cazurilor, la viteze mari (v=15-20 m/s), ceea ce face ca suprafeţele tăiate să fie mult mai netede. Unele inconveniente ale maşinilor sunt de-a dreptul neglijabile, în raport cu calitatea şi randamentele de lucru, de aceea apreciem că opiniile defavorabile maşinilor (Popescu, 1984; Nicolescu, 1994) nu sunt decît parţial justificate. În multe situaţii, asemenea poziţii sunt cauzate de o incompletă cunoaştere a particularităţilor constructiv-funcţionale şi a modului de desfăşurare a procesului de lucru propriu fiecărei maşini. Pentru o mai bună edificare în problemă, în relaţiile ce se prezintă în materialul de faţă se încearcă unele clarificări de detaliu pe marginea uneia dintre cele mai controversate maşini de elagaj artificial. Ne referim la maşina de elagat Sachs KS - 30 (Anonym.), echipată cu aparat de tăiere tip freză-lanţ şi prevăzută cu posibilităţi de autotractare pe trunchiul arborilor în picioare, în timpul efectuării operaţiei de elagaj.

BUCOVINA FORESTIERĂ 58

Deplasarea pe trunchi se realizează prin intermediul a 8 roţi, dintre care patru sunt motoare. Spre deosebire de aparatele de tăiere ale unor unelte (fig. 1.1 a) şi maşini (fig. 1.1 b-d) purtate şi manevrate de om, maşina Sachs scuteşte personalul de deservire de efort în timpul desfăşurării procesului de lucru. Cu alte cuvinte, în timpul procesului de lucru maşina se comportă ca un robot mecanic.

D După cum s-a menţionat, aparatul

de tăiere al maşinii (fig.1.1,e) funcţionează pe principiul frezelor-lanţ, fiind un lanţ tăietor de tip universal, identic cu cel de la fierăstraiele mecanice utilizate în expoatările forestiere. Antrenarea lanţului tăietor se face de la motorul maşinii care asigură o putere de 2kW (2,7 CP), la o turaţie nominală de 7000 rot/min.

Maşina Sachs (fig.1.2) poate provoca tăierea crăcilor (uscate şi verzi), precum şi a cioturilor de pe arborii care în zona diametrului de bază (măsurat la 1,3 m de la sol) au valori de 12-25 cm. Pe înălţime, regimul normal de lucru este limitat între 1 şi 14 m, măsurată tot începând de la diametrul de bază. În timpul procesului de lucru, maşina se urcă în arbore cu viteza de 0,16 m/s, iar

lanţul tăietor înregistrează o viteză de tăiere de 16 m/s. La atingerea cotei de lucru se inversează sensul de mers, în mod automat (Anonim.; Popescu, 1984).

Posibilităţiile de lucru ale maşinii asigură extinderea intereselor de mecanizare şi în domeniul exploatării lemnului, deoarece aceasta se pretează foarte bine şi pentru cepuirea arborilor în picioare.

Fig. 1.1 Tipuri de organe active din componenţa aparatelor de tăiere ale maşinilor de elagat Types of active organs from prunning machines cutting apparatus

Anul VI 1998, nr. 1-2 63

Fig. 1.2 Vedere de ansamblu a maşinii de elagat Sachs (1-motor; 2-transmisie; 3-roţi motoare; 4-roţi conduse; 5- freză lanţ; 6- cadru metalic) General view of the prunning machine Sachs (I-engine; 2-transsmision; 3-motor wheels; 4- guided wheels; 5- chain milling device; 6-metetallic frame)

În cele arătate, s-a recurs la o sumară prezentare a maşinii cu gândul de a facilita parcurgerea mai comodă şi a unor detalii de analiză a procesului de lucru, cu referiri la cinematica şi

dinamica acestui proces. Toate observaţiile desprinse din acestea sunt subordonate ideii de a sugera unele măsuri practice de îmbunătăţire a regimului de funcţionare a maşinii în timpul intervenţiilor de elagaj artificial.

1.2 Traiectoria punctelor de

contact ale roţilor pe trunchiul arborelui

Pentru deplasarea agregatului de

elagat (AE) pe arborele în picioare se

foloseşte un sistem de opt roţi de rulare între care patru sunt roţi motoare, iar celelalte sunt roţi de sprijin. Altfel spus, roţile motoare sunt roţi de împingere, iar cele de sprijin sunt roţi împinse (cu

mişcare imprimată). Indiferent de rolul roţilor, punctele de contact ale acestora cu trunchiul se desfăşoară după o traiectorie în spirală.La urcare sensul traiectoriei este din stânga spre dreapta, iar la coborâre este invers.

Folosind următoarele notaţii (fig.1.3): r este raza arborelui la un moment dat, în metri; 0α - unghiul pantei

traiectoriei (elicei), în radiani sau grade; θ - spaţiul ungiular în plan, în radiani sau grade; t - timpul în secunde; θ!=ω =

BUCOVINA FORESTIERĂ 60

viteza unghiulară în rad/s; θ = ⋅ω t, coordonatele unui punct B de pe traiectorie, la timpul t, într-un sistem fix de axe Oxyz, sunt:

x= r·cosθ y=r·sinθ z=r·θ ·tg 0α

Acestea constituie ecuatiile para-metrice ale mişcării punctului B.

Unghiul θ este funcţie de timp, respectiv θ = θ (t).

Ecuaţiile parametrice ale vitezei liniare sunt:

vx= x! = dtdx

= -r·θ! ·sinθ

vy= y! = dtdy

= r·θ! ·cosθ

vz= z! = dtdz

= r·θ! tgθ

Viteza rezultantă are expresia:

v= 222 zyx !!! ++ =r·θ! · 021 αtg+ =

θθ!

!

cos⋅r

(1.3) Legătura dintre viteza pe elice v şi cea pe direcţia verticală v0 este prezentată grafic în figurile 1.4 şi 1.5, în funcţie de unghiul

0α de înclinare a elicei.

Ecuaţiile parametrice ale acceleraţiei liniare sunt::

02

2

22

2

22

2

sincos

cossin

αθ

θθθθ

θθθθ

tgrdt

zdza

rrdt

ydya

rrdt

xdxa

z

y

x

⋅===

−===

−−===

!!!!

!!!!!

!!!!!

Din compunerea celor trei se obţine rezultanta acceleraţiilor care are expresia:

v= 222 zyx !!!!!!!!! ++ =r· )1( 0224 αθθ tg++ !!! ,

respectiv

0

2

24

cos ωθθ!!

! +⋅= ra (1.5)

Spaţiul parcurs pe elice la o

rotaţie completă este:

00 coscos αθ

α⋅=

′′=′== rACBCsCB (1.6)

Viteza pe arcul s va fi:

00 coscos α

ωαθ rr

dtdssv ⋅=⋅===

!! (1.7)

Componentele acceleraţiei faţă de

traiectorie vor fi :

(1.1)

(1.4)

Fig. 1.3 Urmele roţilor pe arbore Wheels traces on the tree

(1.2)

Anul VI 1998, nr. 1-2 63

- acceleraţia tangenţială

002

2

coscos αε

αθ

τ⋅=⋅==== rr

dtsdsva

!!!!! (1.8)

- acceleraţia normală

0

2

222

cos αρθ

ρ ⋅⋅==!rvav (1.9)

ρ fiind raza de curbură a traiectoriei.

-acceleraţia totală are expresia

02

2

042

4222

coscos αθ

αρθ

τ

!!!+

⋅⋅=+= raaa v

(1.10.)

Din egalitatea relaţiilor (1.5) şi (1.10) rezultă expresia razei de curbură a elicei:

α

ρ 2cosr= (1.11)

Ştiind că între pasul p al elicei şi

unghiul 0α există relaţia

02 απ tgrp ⋅⋅⋅= (1.12) rezultă că:

02sin απ

ρ⋅

= p (1 .13)

Corelaţiile dintre parametrii cinematici caracteristici mişcării pe elice sunt redate grafic în figurile 1.4 ...1.7 în funcţie de unghiul ∈0α (24°..32°) pentru r∈ (6..28)

cm şi pasul p∈ (40..60) cm. Pe distanţa unui pas (p) în figura

1.8 se prezintă caracteristicile mişcării pe trunchi.

Pentru un unghi 0α = const.,

raportul p este o constantă, respectiv:

02 απ tgrpc ⋅⋅== =const.

(1.14) Relaţia (1.14) este prezentată

grafic în figura 1.8. 1.3 Concluzii (I) Din cele prezentate mai sus

rezultă câteva concluzii parţiale: - la elagajul artificial deplasarea

agregatului AE de tip Sachs se realizează după o elice de pas p direct dependent de unghiul de înclinare 0α şi raza r a

trunchiului; - între pasul p şi raza r există un

raport constant, dependent de unghiul

0α ; acest aspect este important în sensul

că, pe măsură ce AE se ridică pe trunchi, raza se micşorează iar pasul se reduce;

-valorile pasului p trebuie corelate cu distanţa dintre două verticile consecutive;

- viteza pe elice este de circa două ori mai mare decât viteza pe verticală (pe axa trunchiului). Cunoaşterea parametri-lor cinematici ai mişcării permite evaluarea caracteristicilor deplasării întregului agregat de elagat (AE) pe trunchiul arborelui. (va urma)

Bibliografie Anonymus: Notiţa tehnică Sachs KS-30 (l.

română). Florescu, I., 1981: Silvicultură. Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti. Floricică, N., 1966: Elagajul artificial în

arboretele de plopi euramericani din regiunea Bucureşti, Revista Pădurilor nr. 2.

Gava, M., 1969: Cercetări privind aplicarea elagajului artificial la molid şi brad. Centrul de documentare tehnică pentru economia forestieră, Bucureşti.

Negulescu, E. G., 1973: Silvicultură, vol. II, Editura Ceres, Bucureşti.

BUCOVINA FORESTIERĂ 62

Fig. 1.4 Influenţa unghiului de înclinare a elicei ( 0α ) asupra vitezei de urcare (v) Influence of propeller inclination angle on climbing velocity

Fig. 1.5 Corelaţia între vitezele pe elice (v) şi urcarea pe verticală (v0) în funcţie de unghiul 0α (unghiul pasului)

Correlation between velocity on propeller (v) and vertical climbing velocity (v0) depending on angle 0α (step angle)

Anul VI 1998, nr. 1-2 63

Fig. 1.6 Variaţia pasului (p) în funcţie de raza (r) a trunchiului Step variation (p) depending on trunk ray (r)

Fig. 1.7 Variaţia pasului (p) în funcţie de unghiul traiectoriei ( 0α ) Step variation (p) depending on trajectory angle ( 0α )

BUCOVINA FORESTIERĂ 64

Nicolescu, L., Nicolescu, N., 1992: Tendinţe noi în teoria şi aplicarea elagajului artificial. Revista Pădurilor, nr. 4.

Nicolescu, N. V., 1994: Artificial prunning - technical, productive and economic considerations a review, M. Sc. thesis, Oxford Forestry Institute.

Popescu, I., 1984: Mecanizarea lucrărilor silvice. Editura Ceres, Bucureşti.Silaş, Gh., Groşanu, N., 1981: Mecanica. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti.

Sima, P., Curtu, I., 1981: Probleme de mecanică aplicată în economia forestieră. Editura Ceres, Bucureşti.

Q. Sutton, W. R. J., 1971: Mechanization of prunning - a summary. In: Techniques in silvicultural operationes. Proceedings, XVth IUFRO World Congres Gainesville, pag. 165-183.

Summary Aspects regarding artificial pruning self-planer motion on standing trees

This work is the first from a series of four - "Aspects regarding artificial pruning self-planer motion on standing trees", which

presents general aspects of artificial pruning with machines (Sachs type).

The subject of interest is the cinematic of the contact points between wheels and tree.

The graphics presents obviously correlation between cinematic parameters (space, velocity, acceleration) of motion on treeotrunk.

Fig. 1.8 Corelaţii dintre parametrii cinematici ai agregatului de elagat (AE) în funcţie de unghiul de înclinare a traiectoriei ( 0α )

Correlation between cynematics parameters of prunning planer depending on trajectory inclination angle( 0α )